皮带输送机托辊的改进探讨分析

yuyinsh

      1、皮带输送机托辊存在的问题
      一般情况下，托辊与皮带之间属于滚动摩擦，正常使用过程中托辊受到的磨损不是很大。如果托辊中轴承受到污染，那么其旋转阻力就会因此而增大，托辊轴承使用寿命缩短。特别是对那些密封性较差的托辊，其轴承是很容易受到污染而导致托辊无法正常转动而卡死。为了使输送机能正常运行，一般会采取提高功率的方法，这样就使得大量的能量被损耗。托辊与皮带直接接触时，当托辊不能正常运转时，托辊与皮带之间的摩擦就会从滚动摩擦变为半滚动半滑动摩擦，从而也使皮带磨损加快，严重的时候还会超载停机和皮带被撕裂甚至撕断的现象。如果托辊的制造精度差，新托辊的旋转阻力太大，也会使皮带加速磨损。
      托辊使用寿命短主要原因之一是因为轴承被过早的损坏，被卡死或者不能灵活旋转而导致的。轴承其实就是托辊能正常运转的“心脏”。通过大量的现场调查发现：普通托辊的密封效果普遍较差(使得轴承被更易污染)，托辊的两端轴承位置同轴度极差，托辊轴向窜动过大，在高速运行中的径向跳动过大，噪声过于明显。如下图传统未改进的托辊设计图：

圈1 原设计的托辊结构
1．轴；2辊筒；3．胶层；4．调心滚子轴承；5．轴承座；6．骨架型橡胶密封圈；7．轴承端盖；8．螺钉；

      可以看出，这种托辊结构复杂，而且加工要求精细，装配的要求较高，制造成本太大，有些零件在使用上也不是很规范。普通的托辊使用的是冲压轴承座，而冲压的制作精度非常差，轴承座外圆和内孔的同心度与内孔与外圆端面的垂直精确度根本无法确定。辊皮和轴承座的连接以薄壁钢管的外圆为标准，和轴承座端面对位后焊接，因为焊接受到变形，钢管两端轴承座的轴承位的同心度也很难确定。托辊轴属于冷拔光轴，长期使用后若冷拔光轴的胎具受到磨损，使其尺寸精度不是很稳定，常常出现超标的现象。另外在运输的过程中容易使其弯曲，托辊轴的同轴度变差，两端安装的轴承间隙也不能得到保证。这些原因都使得传统的托辊制造精度差，且径向跳动量大，直接导致了输送带不能平稳的运行且噪音明显。
      目前传统托辊一般采用迷宫密封结构形式存在的问题是：
      ①因为加工装配有一定的误差，托辊在运行过程中会使得旋转环形齿和槽内的相对间隙分布不是很均匀，有时甚至会使相互问进行磨损，污染物就会从间隙大的地方进入到轴承内，加剧轴承的磨损程度；
      ②部分托辊在现场使用时被卡死之前，会有一个托辊轴承发出噪声，随后会托辊间断陛旋转的现象。这是由于轴承内滚道挤满了灰尘和杂物，轴承滚道与滚珠被挤死；
      ③传统托辊迷宫的密封结构防水性能也是比较差的。
      2、皮带机托辊的改进
      改进后的托辊设计图：

图2 改进后的托辊设计图

      改进皮带托辊的主要目的就是使托辊可以高速且长寿命的运转，这就需要从以下几个方面着手：
      (1)在选用轴承时，选择轴向游隙比较大的深沟球轴承。由于轴向游隙不断加大，它不止有角接触轴承的功能，还可以承受正常运转下的径向荷载与在径向荷载下托辊出现弯曲时由于形变和产生的轴向荷载，而且还有很好的调心性能。而且，深沟球轴承的转速很高，机构简单、方便使用，容易达到高的精度，在工作期间不需要保养，是一个理想的部件。
      (2)用迷宫密封和螺旋密封的结构进行组合密封。
      迷宫密封：在泄露通道内增设多个齿或者槽以使流动阻力得到增加，从而急剧损失泄漏的压差，进而达到密封效果。此迷宫密封的设计要求很高，首先要忽略托辊的轴承间隙，每个零件的制作公差和装配的误差，还有在运转时托辊的弯曲变形和迷宫室内的热膨胀以及其引起的变形等等各种因素，再按照气体和液体在单独密封的最好的状态下迷宫密封的结构进行设计和尺寸计算，然后再把两种结构进行复合，最后圆整尺寸和优化结构。按照这种设计，尽可能使气流动能转换成热能而不让其进到下一个间隙；把迷宫密封的每级的缝口流量系数根据内到外逐渐增大的次序进行排列，使流动的液体在通过密封孔口时的流速能尽量减小；把已经通过缝口的流体动能在膨胀室内将其作恒温恒压恢复，在每个缝口之前的速度逐渐为零，从而防止“透气现象”的发生，进而有好的密封性。这样做是因为迷宫密封在运行时阻力小，使用的寿命长以及维修简单方便，同时还避免了迷宫密封所发生的“透气现象”。
      螺旋密封：设置较小的间隙的单段螺旋密封在迷宫密封的外端。它的内端不仅给迷宫作挡板，又把轴承腔内的润滑脂所气化的油脂送回轴承腔内，从而达到密封效果。螺旋密封对密封液体或者气液的混合物很适用，不用再另外加封液，一般用于轴承封油。但是要注意的是在安装螺旋密封时要使螺旋的赶油方向和油的泄露方向相反，不然不仅不能有效密封，还会使泄露严重增加。在理论上，螺旋密封的间隙越小越好，但是如果太小就会在高速运转时使轴好螺旋密封圈发生碰撞与摩擦，因此可以在孔壁的表面涂上一层润滑石墨，减小碰撞与摩擦。如果在轴承腔内增设一个接触式的内密封圈，就会防止轴承腔内的润滑脂向内泄漏。
      (3)在轴头的外端加上外端面是内凹面的内挡圈以及凸环。当托辊处于高速运转时，内挡圈内凹面的气体就会在离心力的作用下逐渐形成一道真空的密封墙，而且凸环可作为一道简单的水文轴向迷宫密封，使外界的水分、气体以及处于半流动性的稀泥的轴向运动趋势得到改变，共同使轴头外端有好的密封效果。
      (4)为了使托辊和辊筒之间的连接强度得到加强，在以上改进的设计图中Al的地方设置塞焊点，这样做就使为了确保强度而仅仅通过增大轴承座和辊筒之间的破口尺寸得到了减小，有效的防止了在焊接时可能出现的变形量过大的现象。
      新改进的托辊将在一定程度上改善了传统托辊受力状况差，密封圈老化快以及使用寿命短、噪音大的问题，从而提高了皮带输送机托辊的使用寿命和质量。